Open air
Созданная томичами установка предназначена для получения сверхтвердых материалов на основе карбидов титана. Это соединение углерода и металлического титана, отличающееся особой прочностью, устойчивостью к высоким температурам. Его используют для нанесения износостойких покрытий.
Основное преимущество установки политехников – использование безвакуумного метода. В таком случае процесс получения карбидов не требует специальных условий инертной газовой среды, а значит и дорогостоящего оборудования, – он протекает на открытом воздухе.
На своем оборудовании политехники уже получили помимо карбида титана и образцы других веществ – карбида кремния и карбида бора. Эти тугоплавкие и сверхтвердые материалы используются для создания компонентов силовой электроники, изделий ядерной промышленности, керамических бронепластин и так далее. Способу получения карбида титана посвящена последняя статья, опубликованная в журнале Technical Physics Letters.
Большинство научных коллективов, получающих карбиды электродуговым методом на постоянном токе, организуют этот процесс в вакууме, в защитных инертных атмосферах, например, из аргона, водорода или гелия. А для этого требуется дорогостоящая техника.
Работа на "открытом воздухе" дешевле. Но, как показывает анализ мировых публикаций, лишь около 6% статей в мире описывают успешный синтез неоксидных материалов в формате open air. Группа политехников входит в этот небольшой процент.
Как это работает
Установка, разработанная в ТПУ, может быть размещена на обычном письменном столе, по площади она занимает менее одного квадратного метра. Она состоит из простых элементов: силового источника питания, источника постоянного тока, электродов и системы управления. А сам процесс синтеза карбидов занимает буквально несколько секунд.
"Проблема защитной атмосферы возникает потому, что если воздействовать разрядом на какой-то материал на открытом воздухе, то он просто сгорит, то есть окислится, и мы получим оксид. Но несколько лет назад ученые установили, что при определенных условиях сам электродуговой разряд может генерировать защитную газо-плазменную область, экранирующую продукты синтеза от кислорода воздуха", – говорит руководитель проекта Александр Пак.
Этим эффектом политехники воспользовались, развивая группу электродуговых методов. Как объясняет пресс-служба, между электродами, на которые подается напряжение, образуется разрядный промежуток, инициируется дуговой разряд, и, соответственно, плазма. Процесс сопровождается выделением энергии дугового разряда и повышением температуры.
Исходная смесь – порошки углерода и, например, титана – нагревается до нескольких тысяч градусов, структура вещества меняется, и происходит синтез карбида.
"Наше новшество, позволившее существенно упростить установку, – это особая геометрия электродной системы и режимы работы разрядного контура. Один из электродов сделан из графита в форме стакана, а второй опускается в полость этого стакана. Внутри "стакана" и проходит весь процесс, защищенный от внешней среды самим разрядом от кислорода воздуха", – комментирует Пак.
Установка может работать в автоматизированном режиме, уже получено два авторских свидетельства к программе для системы управления электродуговым реактором и продолжается работа по совершенствованию программной части, а сама установка и способ получения карбида титана находятся в процессе патентования.
В дальнейшем коллектив планирует совершенствовать технологию для минимизации примесей в конечном продукте и повышения его выхода.
Источник: РИА Томск
